PCBニュース - 集積回路と半導体との関係

半導体とは何でしょうか。常温で導体と絶縁体の間に導電性が介在する材料を指す。

半導体の発見時間は導体と絶縁体に遠く遅れており、1833年に英国の科学者エレクトロニクスの父ファラデーが硫化銀材料の抵抗が温度の上昇に伴いこの半分低下することを発見したことから始まり、1947年12月になってベル研究室が半導体のこの4つの特性をまとめた。これら4つの特性は、それぞれ温度上昇抵抗低下の特性、光起電力効果、光伝導効果及び整流効果である。

半導体集積回路業界にはディスクリートデバイス、センサ、光電デバイス、集積回路の4つの製品分類がある。ここで、集積回路（Integrated circuit）はマイクロ電子デバイスであり、あるプロセスを採用して、1つの半導体基板上で1つの回路に必要なトランジスタ、抵抗、容量とインダクタンスなどの素子と配線を相互に接続し、それから管殻内にカプセル化し、必要な回路機能を有するマイクロ構造を形成する。

図１　半導体集積回路

最初の集積回路はテキサスインスツルメンツのJack Kilby（ジャック・キルビー）によって発明されたが、現在の集積回路の形式ではない。

当初は単独のワイヤで接続されていたが、仙童カメラのJean Horni（ジーン・ホーニー）は、シリコンを利用して絶縁体酸化シリコンを形成しやすいという利点を持つトランジスタを作るためにチップ表面に電子接合を形成する平面製造プロセスを開発した。そして、後Robert Noyce（ロバート・ノイス）は、この技術を用いてシリコン表面に予め形成されたディスクリートデバイスを接続し、最終的にすべての集積回路に使用されるパターンを形成した。

プロセスとトレンド

1947年から半導体集積回路業界はすでにプロセスの向上と発展を始めており、現在も発展を続けている。プロセスの改善は、プロセスと構造の2つのクラスにまとめることができます。

プロセスの改善：より小さなサイズでデバイスと回路を製造し、より高い密度、より多くの数、およびより高い信頼性を持たせる。

構造の改善：新しいデバイス設計上の発明はその性能をより良くし、より良いエネルギー消費制御とより高い信頼性を実現する。

半導体集積回路におけるデバイスのサイズと数は、IC開発の2つの共通の指標である。デバイスの寸法は設計中の最小寸法で表され、特徴図形寸法と呼ばれています。小規模な集積回路から今日の100万チップに発展したのは、その中の単一素子の特徴的な図形サイズの減少のおかげであり、これはリソグラフィ機械の図形化技術と多層配線技術の大幅な向上のおかげである。この点は、22 nmチップ、10 nm、7 nmなど、現在議論されていることも多い。より専門的な表現は、グリッド幅です。つまり、一部のグリッドの幅、より小さくて速いトランジスタ、より高密度の回路を制御することは、より小さなグリッド幅のおかげです。